DSP原理及应用课程设计说明书111文档格式.docx
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电信112
学生姓名：
倪英杰
学号：
2011081241
指导教师：
魏莉
完成日期：
2014年6月
目录
摘要·
·
2
1设计目的·
3
2设计要求·
3设计内容·
3.1DSP与音频解码技术概述·
3.2方案设计·
3.3器件选型·
5
3.4硬件设计·
6
总结与致谢·
9
参考文献·
10
附录·
摘要
DSP技术在音频处理领域的应用越来越广。
目前，在很多语音处理系统中都用到了语音分析模块，采集现场的声音并进行DSP处理。
语音处理系统的实时性、功耗、体积、以及对语音信号的保真度都是很影响系统性能的关键因素。
因此，音频信号的DSP处理是非常必要的。
本设计采用的高速TMS320C5416DSP芯片，最高频率能达到160MIPS，能够很好的解决系统的实时性；
采用的数字编解码芯片TLV320AIC23（以下简称AIC23）具有16-32位采样精度，采样频率范围从8kHz-96kHz。
因此，该音频编解码芯片与TMS320C5416DSP的结合是可移动数字音频录放系统、现场语音分析系统的理想解决方案。
该语音录放器的设计能够完成语音采集，存储，滤波，频谱分析，基本实现了音频解码的DSP处理功能。
关键词：
TMS320DM642，LV320AIC23，DSP，音频编解码
1设计目的
近几十年来电子技术进步突飞猛进，以往影像、声音等，都是以模拟的方式储存在磁带、唱片等媒介上，随着微电子、计算机和传感器等技术的高速发展，图像、声音等媒体信息的记录、存储和传输正在朝着数字化方向前进。
随着数字时代来临，开始有高储存密度如光盘发明，但是音乐光盘只是单纯将模拟音讯数字化，而没有经过压缩，所产生的数据量非常大，这就需要数字音频处理。
数字音频技术则称得上是应用最为广泛的数字技术之一，ＣＤ、ＶＣＤ等早己走进千家万户，数字化广播正在全球范围内逐步得到开展由干数字音频压缩技术具有广阔的应用范圈和良好的市场前景，因而一些著名的研究机构和大公司都不遗余力地开发自己的专利技术和产品。
2设计要求
构建一个MP3音频编解码系统，在以DSP为核心的处理器系统中，实现话筒输入的音频采集，然后进行编码压缩，存储到Flash存储器中，再通过音频解码播放出压缩后的音频。
参数：
音频压缩格式：
MP3
存储音频容量：
不小于128M
3设计内容
3.1DSP与音频解码技术概述
数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式；
自然界中的声音非常复杂，波形极其复杂，通常我们采用的是脉冲代码调制编码，即PCM编码。
PCM通过抽样、量化、编码三个步骤将连续变化的模拟信号转换为数字编码。
语音编码器的主要功能就是把用户语音的PCM（脉冲编码调制）样值编码成少量的比特（帧）。
这种方法使得语音在链路产生误码、网络抖动和突发传输时具有鲁棒性（Robustness）。
在接收端，语音帧先被解码为PCM语音样值，然后再转换成语音波形。
3.2方案设计
TMS320DM642采用第二代高性能、先进的超长指令字velociT1.2结构的DSP核及增强的并行机制，当工作在720M赫兹的时钟频率下，其处理性能最高可达5760MI/s，使得该款DSP成为数字媒体解决方案的首选产品，它不仅拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力，TMS320DM642的外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口
在总体设计图中，AIC23是一种高性能的立体声音频Codec芯片作为从设备，主要完成输入语音信号的A/D转换，语音采样编解码及滤波处理，该芯片构成简单，功能强大；
TMS320DM642拥有3个可配置的视频端口（VPORT0－2）能够与通用的视频编、解码器实现无缝连接，支持多种视频分辨率及视频标准，支持RAW视频输入/输出，传输流模式；
语音数据存储模块选用Flash存储器，它是一种可在线进行电擦写可快速访问，掉电后信息不会丢失的非易失性存储器，具有可靠性稳定性，低成本低功耗，高密度大容量可达几个GB，抗震性，尺寸小重量轻等多种先进特性，烧录技术以Flash闪存为载体进行读取和存储。
该系统的工作原理是：
语音信号通过话筒从线路或麦克输入口输入音频信号送到AIC23中，AIC23控制芯片内寄存器，使输入的音频信号进行A/D转换，一方面将转换得到的数字语音信号送到TMS320DM642的Flash存储器暂存起来，每收够一帧就调用语音压缩程序进行编码，编码后得到的数据被TMS320DM642送到Flash存储器存储起来；
另一方面调用语音滤波和FFT变换程序对语音数字信号进行分析。
放音时，先从Flash存储器中读出压缩数据送到DSP中，TMS320DM642调用解压缩程序还原出语音信号，还原后的语音信号通过耳机发送出来。
3.3器件选型
1.TLV320AIC23的选择
从适应语音信号频率、满足实时性、降低成本、简化设计的要求出发，本系统选择TLV320AIC23。
AIC23是一种高性能的立体声音频Codec芯片作为从设备，主要完成输入语音信号的A/D转换，语音采样编解码及滤波处理，该芯片构成简单，功能强大。
AIC23工作电压3.3
伏特，能在数字和模拟电压下工作，与TMS320C5416
的I/O
电压相兼容，其控制接口和数字接口与DSP
的MCBSP
端口能够无缝连接。
AIC23的模数转换（ADCs）和数模转换（DACs）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma-
delta
过采样技术（Sigma-
delta一般用于ADC中，是高精度的A/D转换器，该转换器的特点是将绝大多数的噪声从动态转移到阻态），可以在8K到96K的频率范围内提供16bit、20bit、24bit和32bit的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。
TLV320AIC23还具有很低的功耗（回放模式为23mW。
节电模式为15μw）。
上述优点使得TLV320AIC23成为一款非常理想的音频编解码器，与TI的DSP系列相配合更是相得益彰。
2.TMS320DM642的选择
TMS320DM642采用第二代高性能、先进的超长指令字velociT1.2结构的DSP核及增强的并行机制，当工作在720M赫兹的时钟频率下，其处理性能最高可达5760MI/s，使得该款DSP成为数字媒体解决方案的首选产品，它不仅拥有高速控制器的操作灵活性，而且具有阵列处理器的数字处理能力，TMS320DM642的外围集成了非常完整的音频、视频和网络通信接口。
3.ＦＬＡＳＨ的选择
考虑到存储器芯片的容量、系统供电、以及对语音信号的读取速率，本系统采用了具有32M*8位存储空间的Flash。
录音系统和放音系统的语音数据均存储在Flash存储器上。
Flash存储器是一种可在线进行电擦写可快速访问，掉电后信息不会丢失的非易失性存储器，具有可靠性稳定性，低成本低功耗，高密度大容量可达几个Gb，抗震性，尺寸小重量轻等多种先进特性，烧录技术以Flash闪存为载体进行读取和存储。
Flash
以容量大价格低的优势被广泛应用在便携式设备中，同时Flash存储器在写入时需要复杂的操作命令，这样确保了数据写入的正确性。
Flash有8位I/O
端口，地址、命令字以及数据复用这8位I/O
端口。
它采用复杂的操作顺序来区分地址、命令、数据信息。
DSP采集到的32位语音数据通过外部数据总线的低8位分4次，从左声道的高8位到右声道的低8位依次写入Flash
3.4硬件的设计
1．主电路模块
2.语音采集及回放接口电路模块
3.FLASH存储模块
4.电源与滤波
总结与致谢
本次设计设计的系统具有通用．灵活方便．高效等特点，充分利用了TMS320DM642的片上资源，使用了MCBSP多通道缓冲串口与音频芯片TLV320AIC23的硬件无缝连接，这既不占用系统的总线资源，而且还简化了硬件电路设计。
系统具有更好的维护性。
。
但同时电路不精简。
通过本次课程设计，使我对DXP的掌握和理解进一步加深，巩固了我在《DSP原理及应用》课程中所学的基本理论知识和实验技能，使我对《DSP原理及应用》课程有了更深入的了解，进一步激发了我对所学专业学习的兴趣；
提高了我的自我学习和使用DXP的画图能力。
在设计的过程和设计说明书的撰写过程中，高焕兵和魏莉老师给予了我热心的帮助和大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。
在此我向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！
参考文献
[1]关华等.TechniquesandApplicationsofDSPChips，济南:
济南出版社,2006.
[2]李方慧,王飞,何佩琨．TMS320C6000系列DSPs原理与应用[M]．北京:
电子工业出版社．
[3]李哲英.DSP基础理论与应用技术[M]．北京:
北京航空航天大学出版社.
[4]关华.DSP原理与应用实验指导书.山东建筑大学.
[5]关华.DigitalSpeechProcessing[M]．济南:
黄河出版社.
[6]张旭东.图像编码基础和小波压缩技术[M].北京:
清华大学出版社,2004.
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